Estudo do ruído de jato turbulento utilizando modelos de fonte acústica baseados na propagação de pacotes de ondas - Cuellar, Guilherme Lellis [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2028)
Estruturas espacialmente coerentes e organizadas do escoamento produzido por jatos turbulentos têm sido reconhecidas como eficientes mecanismos de geração de som, com padrões de diretividade característicos. Considerações baseadas na analogia acústica de Lighthill, assim como em observações experimentais e simulações numéricas, amparam o uso de fontes estocásticas em linha, estendidas axialmente, baseadas em pacotes de onda Gaussiano, para descrever o campo acústico distante produzido por jatos turbulentos. A base do modelo acústico consiste na utilização da equação da onda não homogênea para relacionar o campo de escoamento hidrodinâmico ao campo de pressão distante. O campo sonoro, relacionado com o modelo em linha baseado em pacote de onda, é numericamente resolvido no âmbito da análise resolvente aplicada ao sistema estocástico, sendo adequada para o tratamento das características relevantes do ruído de jato para números de Mach convectivos subsônicos e supersônicos. Neste trabalho foi realizado uma implementação computacional para simulação numérica de modelos de fontes axialmente coerentes, não compactas e em linha, os quais têm se mostrado adequados para reproduzir, com boa aproximação, os modos de Fourier azimutais axissimétricos do campo sonoro gerado por jatos turbulentos. Um estudo paramétrico foi conduzido com a fonte estocástica simétrica para investigar, numericamente, o padrão de diretividade da fonte e verificar a propriedade de superdiretividade em números de Mach subsônicos. Além disso, uma comparação entre os modelos de fonte com envelope simétrico e assimétrico foi realizada para entender as principais implicações da assimetria da fonte sobre o padrão de diretividade do campo acústico distante. O campo distante foi amostrado por uma antena semicircular composta por dezenove microfones virtuais, e as estimativas de pressão sonoras são apresentadas na forma de densidade espectral de potência. A análise dos resultados permite avaliar a influência dos parâmetros do modelo de fonte estocástica sobre o ruído de jato, bem como o efeito da assimetria do pacote de onda sobre o padrão de diretividade do campo acústico distante.

Spatially coherent and organized flow structures produced by turbulent jets have been recognized as efficient sound generation mechanisms with characteristic directivity patterns. Considerations based on Lighthill’s acoustic analogy, as well as in experimental observations and numerical simulations, underpin the use of axially-extendeds stochastics line-sources based on linear Gaussian wavepacket models to describe the far acoustic field, produced by turbulent jets. The acoustic model backbone relies on using the inhomogeneous wave equation to relate the hydrodynamic flow field to the pressure far-field. The sound field related to the wavepacket-based line-source model is numerically resolved in the framework of the resolvent analysis applied to a stochastic system, which is suitable for the treatment of relevant jet noise features in both subsonic and supersonic convective Mach numbers. In this work, a computational implementation was performed for numerical simulation of axially- coherents, noncompacts, line-sources models, which has been shown to be able of reproducing, with good approximation, the axisymmetric azimuthal Fourier modes of the sound field generated by turbulent jets. A parametric study using the stochastic symmetric model was conducted to numerically investigate the directivity pattern and verify the superdirectivity property at subsonic Mach numbers. Moreover, a comparison between the symmetric and asymmetric-envelope source models was carried out to understand the main effects of the source asymmetry on the directivity pattern of the far acoustic field. The far-field was sampled with a semicircular array composed of nineteen microphones, and the pressure estimates are presented in the form of power spectral density. Analysis of the results allows evaluating both the impact of the stochastic source model parameters on the jet noise and the effect of the wave-packet asymmetry on the directivity pattern of the far acoustic field.
Study on turbulent jet noise using wavepacket-based acoustic source models
Keywords: Engenharia; Aeronáutica; Som; Jatos; Equação de onda Soluções numéricas